[发明专利]一种纤维插层碳纳米管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纤维插层碳纳米管，它是由下述重量份的原料组成的：丙烯酸钠16‑20、过硫酸铵0.3‑0.4、烷基化二苯胺1‑2、纤维分散液30‑40、碳纳米管60‑70、三乙胺1‑2，本发明以三乙胺为催化剂，实现环氧的开环，从而提高了纤维与碳纳米管的结合强度，提高了成品材料的力学稳定性。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种纤维插层碳纳米管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种纤维插层碳纳米管及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纤维插层碳纳米管，它是由下述重量份的原料组成的：

丙烯酸钠16-20、过硫酸铵0.3-0.4、烷基化二苯胺1-2、纤维分散液30-40、碳纳米管60-70、三乙胺1-2。

所述的纤维分散液是由下述重量份的原料组成的：

乙基纤维素50-70、双酚a二缩水甘油醚0.1-0.2、环氧氯丙烷2-4、对硝基苯酚0.3-1；

制备方法，包括以下步骤：

(1)取对硝基苯酚，加入到其重量7-10倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入双酚a二缩水甘油醚，得醇分散液；

(2)取乙基纤维素，加入到其重量13-20倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述醇分散液混合，升高温度为50-55℃，加入环氧氯丙烷，保温搅拌1-2小时，得纤维分散液。

一种纤维插层碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

(1)取过硫酸铵，加入到其重量24-30倍的去离子水中，搅拌均匀；

(2)取碳纳米管，加入到其重量10-17倍的、96-98％的硫酸溶液中，超声1-2小时，过滤，将沉淀水洗，与烷基化二苯胺混合，加入到混合料重量13-20倍的去离子水中，在50-60℃下保温搅拌20-40分钟，得活化碳纳米管溶液；

(3)取丙烯酸钠，加入到上述活化碳纳米管溶液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65-70℃，加入上述过硫酸铵水溶液，保温搅拌3-4小时，出料冷却，得插层碳纳米管溶液；

(4)取上述插层碳纳米管溶液、纤维分散液混合，搅拌均匀，升高温度为110-120℃，加入三乙胺，保温搅拌1-2小时，抽滤，将滤饼水洗，真空50-55℃下干燥1-2小时，冷却至常温，即得所述纤维插层碳纳米管。

本发明的优点：

本发明首先采用环氧氯丙烷处理乙基纤维素，采用烷基化二苯胺活化碳纳米管，之后以丙烯酸钠为单体，以活化碳纳米管溶液为反应溶液，在过硫酸铵作用下聚合，得到聚合物插层碳纳米管，然后再将其与纤维分散液共混，以三乙胺为催化剂，实现环氧的开环，从而提高了纤维与碳纳米管的结合强度，提高了成品材料的力学稳定性。

具体实施方式

实施例1

一种纤维插层碳纳米管，它是由下述重量份的原料组成的：